导热填料的制备方法、导热填料和导热材料与流程

本申请主要涉及复合材料，尤其涉及一种导热填料的制备方法、导热填料和导热材料。

背景技术：

1、随着科技的发展，对材料的高温导热性能要求日益严格，尤其在电子器件、核能核电、航空航天等领域。通过在耐高温基质中添加耐高温导热填料，能够提高复合材料的导热性能和散热性能，促进相关产品，尤其是高温场景产品的高性能、高集成和小型化发展。然而，简单地将耐高温基质与导热填料混合存在诸多问题，以碳化硅为例，其存在表面惰性、导热填料难以分散、加工时易团聚的问题，且由于导热填料形状不固定导致导热网络难以建立，这些问题都限制了碳化硅的应用。

2、目前，提升导热材料导热系数的方法主要是通过无规填充大量的传统导热填料（例如氧化铝、二氧化硅等），并通过提高填料的填充量来提高导热系数，其优点在于制备工艺简单且传统的导热填料价格低廉，易于工业化大规模生产，其缺点在于传统的导热填料导热系数相对较低，复合材料导热系数的提升有限。因此，如何进一步提高导热填料的导热系数，以及提高复合材料的导热系数是行业内的重要课题。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是提供一种导热填料的制备方法、导热填料和导热材料，该制备方法制备的导热填料和导热材料具有较高的导热系数。

2、为解决上述技术问题，本申请提供了一种导热填料的制备方法，所述导热填料包括内核和外壳，所述外壳包覆所述内核，包括步骤：在多孔材料表面涂覆核材和金属化合物的水解产物；对涂覆有核材和金属化合物水解产物的多孔材料进行第一热处理，以制备导热填料前驱体，所述导热填料前驱体包括所述多孔材料、所述核材和所述金属化合物水解产物，其中，所述核材和所述金属化合物水解产物填充在所述多孔材料中；从所述导热填料前驱体中的多孔材料上剥离所述核材和所述金属化合物水解产物，以获得导热填料，所述内核包括所述核材，所述外壳包括所述金属化合物水解产物，其中，所述导热填料的表面具有羟基基团，所述导热填料具有枝状结构，所述核材为用于形成所述内核的材料。

3、在本申请的一实施例中，在多孔材料表面涂覆核材和金属化合物的水解产物的步骤包括：将核材、金属化合物和水解助剂加入水解溶剂中形成分散液，并进行水解反应，以制备纳米溶胶-核材混合液，在多孔材料表面涂覆所述纳米溶胶-核材混合液。

4、在本申请的一实施例中，所述水解反应在搅拌、超声、振荡、静置的至少一种条件下进行，所述水解助剂包括聚乙烯醇和/或羟甲基纤维钠，以及盐酸、硫酸、冰醋酸、硝酸中的至少一种，所述纳米溶胶-核材混合液的 ph 值为 3~5，形成分散液的方法包括添加分散剂，所述分散剂包括醇类和/或磷酸盐类，所述醇类包括聚乙烯醇，所述磷酸盐类包括六偏磷酸钠，所述水解溶剂包括水、醇类、呋喃类中的至少一种。

5、在本申请的一实施例中，所述金属化合物与所述核材之间的质量比为（0.5~50）:1，所述多孔材料与所述纳米溶胶-核材混合液之间的体积比为 1:（20~100）。

6、在本申请的一实施例中，通过如下两种方法中的一种从所述导热填料前驱体中的多孔材料上剥离所述核材和所述金属化合物水解产物：方法一：对所述导热填料前驱体进行第二热处理，在所述第二热处理之后施加超声、砂磨或球磨中的至少一种；方法二：对所述导热填料前驱体施加机械振动。

7、在本申请的一实施例中，所述第二热处理包括煅烧，所述煅烧包括在500℃~1000℃温度下处理时间为1h~3h。

8、在本申请的一实施例中，所述核材的形貌包括球状、椎状或不规则形状中的至少一种，所述核材的粒径为0.5μm~20μm，当所述外壳的材料为氧化铝时，所述金属化合物包括异丙醇铝和/或硫酸铝。

9、在本申请的一实施例中，所述多孔材料包括具有多孔结构的有机材料，所述有机材料包括纸基材料、非织造物、机织物中的至少一种。

10、在本申请的一实施例中，所述多孔材料中的纤维的直径为0.5μm~50μm，单位面积质量为10 g/m2~300g/m2。

11、在本申请的一实施例中，所述多孔材料由可帚化热降解纤维制备而成，所述可帚化热降解纤维包括针叶浆、阔叶浆、聚酯纤维、芳纶纤维中的至少一种，其中，所述可帚化热降解纤维叩解度为14° sr~54° sr。

12、在本申请的一实施例中，所述涂覆包括超声喷涂、静电纺丝、浸渍、表面刮涂或气相沉积，所述第一热处理包括：先在60℃~80℃温度下处理1h~2h，然后在100℃~140℃温度下处理1h~3h。

13、本申请另一方面还提出一种导热填料，所述导热填料包括内核和外壳，所述外壳包覆所述内核，所述导热填料由如前文所述的导热填料的制备方法制备而成，其中，所述导热填料的表面具有羟基基团，所述导热填料具有枝状结构。

14、在本申请的一实施例中，所述内核的材料包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼中的至少一种，所述外壳的材料包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钴、氧化钛中的至少一种。

15、在本申请的一实施例中，所述导热填料的长度为 5μm~50μm，直径为1μm~10μm。

16、本申请另一方面还提出一种导热材料，所述导热材料包括基质和前文所述的导热填料，所述基质包括硅酸盐、硫酸盐和磷酸盐中的至少一种，其中，所述基质与所述导热填料之间的质量比为100:5~100:200，其中，所述导热材料在700℃~1000℃温度下的导热系数等于或大于相同温度下空气导热系数的8倍。

17、与现有技术相比，本申请具有以下优点：

18、（1）得益于导热填料的枝状结构，导热填料之间能够通过彼此搭接而构建出高效的导热路径，从而形成导热网络结构，进而提高高温热量传递效率；

19、（2）得益于形成在导热填料表面的羟基基团，导热填料表面具有较高的活性，在导热填料与耐高温基质混合时，可以避免导热填料在基质中团聚，提高导热填料的流动性和加工性。此外，羟基基团可键合到耐高温基质上，从而提升导热填料与导热填料以及导热填料与基质的界面结合，形成均匀、各向联通的声子传输通道，这种传输通道能够解决导热填料声子散射导致热量传输衰减的问题。

技术特征：

1.一种导热填料的制备方法，所述导热填料包括内核和外壳，所述外壳包覆所述内核，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的导热填料的制备方法，其特征在于，在多孔材料表面涂覆核材和金属化合物的水解产物的步骤包括：将核材、金属化合物和水解助剂加入水解溶剂中形成分散液，并进行水解反应，以制备纳米溶胶-核材混合液，在多孔材料表面涂覆所述纳米溶胶-核材混合液。

3.如权利要求2所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述水解反应在搅拌、超声、振荡、静置的至少一种条件下进行，所述水解助剂包括聚乙烯醇和/或羟甲基纤维钠，以及盐酸、硫酸、冰醋酸、硝酸中的至少一种，所述纳米溶胶-核材混合液的 ph 值为 3~5，形成分散液的方法包括添加分散剂，所述分散剂包括醇类和/或磷酸盐类，所述醇类包括聚乙烯醇，所述磷酸盐类包括六偏磷酸钠，所述水解溶剂包括水、醇类、呋喃类中的至少一种。

4.如权利要求2所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述金属化合物与所述核材之间的质量比为（0.5~50）:1，所述多孔材料与所述纳米溶胶-核材混合液之间的体积比为1:（20~100）。

5.如权利要求1所述的导热填料的制备方法，其特征在于，通过如下两种方法中的一种从所述导热填料前驱体中的多孔材料上剥离所述核材和所述金属化合物水解产物：方法一：对所述导热填料前驱体进行第二热处理，在所述第二热处理之后施加超声、砂磨或球磨中的至少一种；方法二：对所述导热填料前驱体施加机械振动。

6.如权利要求5所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述第二热处理包括煅烧，所述煅烧包括在500℃~1000℃温度下处理时间为1h~3h。

7.如权利要求1所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述核材的形貌包括球状、椎状或不规则形状中的至少一种，所述核材的粒径为0.5μm~20μm，当所述外壳的材料为氧化铝时，所述金属化合物包括异丙醇铝和/或硫酸铝。

8.如权利要求1所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述多孔材料包括具有多孔结构的有机材料，所述有机材料包括纸基材料、非织造物、机织物中的至少一种。

9.如权利要求8所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述多孔材料中的纤维的直径为0.5μm~50μm，单位面积质量为10 g/m2~300g/m2。

10.如权利要求1所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述多孔材料由可帚化热降解纤维制备而成，所述可帚化热降解纤维包括针叶浆、阔叶浆、聚酯纤维、芳纶纤维中的至少一种，其中，所述可帚化热降解纤维叩解度为14° sr~54° sr。

11.如权利要求1所述的导热填料的制备方法，其特征在于，所述涂覆包括超声喷涂、静电纺丝、浸渍、表面刮涂或气相沉积，所述第一热处理包括：先在60℃~80℃温度下处理1h~2h，然后在100℃~140℃温度下处理1h~3h。

12.一种导热填料，所述导热填料包括内核和外壳，所述外壳包覆所述内核，其特征在于，所述导热填料由如权利要求1~11中任一项所述的导热填料的制备方法制备而成，其中，所述导热填料的表面具有羟基基团，所述导热填料具有枝状结构。

13.如权利要求12所述的导热填料，其特征在于，所述内核的材料包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化硼中的至少一种，所述外壳的材料包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钴、氧化钛中的至少一种。

14.如权利要求12所述的导热填料，其特征在于，所述导热填料的长度为 5μm~50μm，直径为1μm~10μm。

15.一种导热材料，其特征在于，所述导热材料包括基质和如权利要求12~14中任一项所述的导热填料，所述基质包括硅酸盐、硫酸盐和磷酸盐中的至少一种，其中，所述基质与所述导热填料之间的质量比为100:5~100:200，其中，所述导热材料在700℃~1000℃温度下的导热系数等于或大于相同温度下空气导热系数的8倍。

技术总结本申请提供了一种导热填料的制备方法、导热填料和导热材料，该制备方法包括步骤：在多孔材料表面涂覆核材和金属化合物的水解产物；对涂覆有核材和金属化合物水解产物的多孔材料进行第一热处理，以制备导热填料前驱体，导热填料前驱体包括多孔材料、核材和金属化合物水解产物；从导热填料前驱体中的多孔材料上剥离核材和金属化合物水解产物，以获得导热填料，内核包括核材，外壳包括金属化合物水解产物，导热填料的表面具有羟基基团，导热填料具有枝状结构。本申请的导热填料具有枝状结构，能够通过彼此搭接而构建出高效的导热路径。导热填料表面具有较高的活性，可以避免导热填料在基质中团聚，羟基基团可键合到耐高温基质上。技术研发人员：王煦嘉,李荣博,宋印玺,刘晓强,翁娜,田林,王弘昶,陈其昌,汤春桃,夏栓,杨波,雷云,李玲,石秀强,孟凡江受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18